JP2002101682A - リニアモータの制御装置及び制御方法並びにエレベータ装置 - Google Patents
リニアモータの制御装置及び制御方法並びにエレベータ装置Info
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 リニアモータの可動子の位置、速度を検出す
るセンサを用いずに案内力と推進力とを非干渉に制御可
能なリニアモータの制御装置、方法及びエレベータ装置
を提供する。 【解決手段】 リニアモータの制御装置は、永久磁石３
を有する可動子と電機子巻線２２を有する固定子からな
るリニアモータ１５に対し、可動子を所定方向に走行さ
せる推進力Ｆxと固定子と可動子間のギャップ量δを一
定に制御する案内力Ｆzを制御し、電機子巻線２２の帰
還電流及び印加電圧に基いて可動子磁束λPMと、固定子
磁束と可動子磁束の合成磁束λsと、可動子の位置、速
度とを推定し、推定した可動子の位置、速度に基き推進
力の目標値Ｆx *を、また空隙量δに基き案内力の目標値
Ｆz *をそれぞれ求め、それらの目標値と、可動子磁束λ
PMと合成磁束λsの位相差γとに基いて電機子巻線２２
に供給する電流を制御する。
るセンサを用いずに案内力と推進力とを非干渉に制御可
能なリニアモータの制御装置、方法及びエレベータ装置
を提供する。 【解決手段】 リニアモータの制御装置は、永久磁石３
を有する可動子と電機子巻線２２を有する固定子からな
るリニアモータ１５に対し、可動子を所定方向に走行さ
せる推進力Ｆxと固定子と可動子間のギャップ量δを一
定に制御する案内力Ｆzを制御し、電機子巻線２２の帰
還電流及び印加電圧に基いて可動子磁束λPMと、固定子
磁束と可動子磁束の合成磁束λsと、可動子の位置、速
度とを推定し、推定した可動子の位置、速度に基き推進
力の目標値Ｆx *を、また空隙量δに基き案内力の目標値
Ｆz *をそれぞれ求め、それらの目標値と、可動子磁束λ
PMと合成磁束λsの位相差γとに基いて電機子巻線２２
に供給する電流を制御する。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明はリニアモータの制御
技術及びリニアモータを備えたロープレスエレベータ装
置に関する。
技術及びリニアモータを備えたロープレスエレベータ装
置に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来、エレベータ装置においては、巻上
げ機のシーブに巻き掛けたロープの一端に人や荷物を搭
載するかごを、他端にカウンタウェイトを吊り下げ、ロ
ープとシーブの間の摩擦を利用してかごを昇降させる、
いわゆるロープトラクション方式が一般的であるが、最
近では、リニアモータを駆動源とし、ロープを用いな
い、いわゆるロープレスエレベータ装置が提案されてい
る。
げ機のシーブに巻き掛けたロープの一端に人や荷物を搭
載するかごを、他端にカウンタウェイトを吊り下げ、ロ
ープとシーブの間の摩擦を利用してかごを昇降させる、
いわゆるロープトラクション方式が一般的であるが、最
近では、リニアモータを駆動源とし、ロープを用いな
い、いわゆるロープレスエレベータ装置が提案されてい
る。
【０００３】図３に従来のロープレスエレベータ装置の
構成を示す。ロープレスエレベータ装置では、かご１０
の対向する一組の面に永久磁石３を備え、昇降路壁２０
に電機子巻線２２が設けられている。すなわち、永久磁
石３を可動子とし、電機子巻線２２を固定子とするリニ
アモータが構成され、このリニアモータによりかご１０
が駆動されてガイドレール８に沿って昇降するようにな
っている。
構成を示す。ロープレスエレベータ装置では、かご１０
の対向する一組の面に永久磁石３を備え、昇降路壁２０
に電機子巻線２２が設けられている。すなわち、永久磁
石３を可動子とし、電機子巻線２２を固定子とするリニ
アモータが構成され、このリニアモータによりかご１０
が駆動されてガイドレール８に沿って昇降するようにな
っている。
【０００４】昇降路壁２０に設けられた電機子巻線２２
に三相交流電圧を供給し、移動磁界を発生させる。この
移動磁界の位相とかご１０に設けられた永久磁石３の磁
界の位相とのずれにより、案内力が発生し、エレベータ
の推進力が得られる。
に三相交流電圧を供給し、移動磁界を発生させる。この
移動磁界の位相とかご１０に設けられた永久磁石３の磁
界の位相とのずれにより、案内力が発生し、エレベータ
の推進力が得られる。
【０００５】エレベータのかご１０の位置及び速度は、
投光器６ａと受光器６ｂとからなるリニアセンサにより
検出される。また、かご１０（可動子）と昇降路壁２０
（固定子）間の距離すなわちギャップδは、ギャップセ
ンサ５により検出される。リニアセンサからの信号出力
は変換回路９３に入力され、速度ｖ、位置ｘの情報に変
換され、推進力制御器９５に出力される。推進力制御器
９５は、かご１０の速度ｖ、位置ｘ及びギャップδに基
き実効電流値Ｉ*を演算し、位相変換器９７に出力す
る。その後、位相変換器９７では、実効電流値Ｉ*から
電圧指令（Ｖu、Ｖv、Ｖw）に変換し、インバータ９１
に出力する。インバータ９１は電圧指令に基き、電機子
巻線２２の駆動電流（ｉu、ｉv、ｉw）を制御する。
投光器６ａと受光器６ｂとからなるリニアセンサにより
検出される。また、かご１０（可動子）と昇降路壁２０
（固定子）間の距離すなわちギャップδは、ギャップセ
ンサ５により検出される。リニアセンサからの信号出力
は変換回路９３に入力され、速度ｖ、位置ｘの情報に変
換され、推進力制御器９５に出力される。推進力制御器
９５は、かご１０の速度ｖ、位置ｘ及びギャップδに基
き実効電流値Ｉ*を演算し、位相変換器９７に出力す
る。その後、位相変換器９７では、実効電流値Ｉ*から
電圧指令（Ｖu、Ｖv、Ｖw）に変換し、インバータ９１
に出力する。インバータ９１は電圧指令に基き、電機子
巻線２２の駆動電流（ｉu、ｉv、ｉw）を制御する。
【０００６】以上のようにリニアモータを用いた従来の
ロープレスエレベータ装置では、電流帰還制御に用いる
リニアモータの可動子（永久磁石３）の位置信号とし
て、リニアセンサからの出力に基いて演算した値を使用
していた。しかし、このリニアセンサは高価であるた
め、昇降路２０の長さが長くなり、その数が増加する
と、コストが上昇するという問題がある。
ロープレスエレベータ装置では、電流帰還制御に用いる
リニアモータの可動子（永久磁石３）の位置信号とし
て、リニアセンサからの出力に基いて演算した値を使用
していた。しかし、このリニアセンサは高価であるた
め、昇降路２０の長さが長くなり、その数が増加する
と、コストが上昇するという問題がある。
【０００７】したがって、実用化の点から、センサを用
いないでリニアモータを制御するセンサレス方式が望ま
しいと考えられ、いくつかのリニアモータのセンサレス
制御方式が提案されている。例えば、特開平９−６５６
７６号公報に開示されたものがある。この方法では、二
次側（固定子側）の電機子巻線の電流、電圧から磁束ベ
クトルを求め、これから可動子の位置、速度を推定して
いる。
いないでリニアモータを制御するセンサレス方式が望ま
しいと考えられ、いくつかのリニアモータのセンサレス
制御方式が提案されている。例えば、特開平９−６５６
７６号公報に開示されたものがある。この方法では、二
次側（固定子側）の電機子巻線の電流、電圧から磁束ベ
クトルを求め、これから可動子の位置、速度を推定して
いる。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】しかし、この公報に開
示された方法では、固定子と可動子間に働く案内力と、
可動子を移動させるための推進力の両方を制御するため
の技術までは開示されていない。リニアモータをより安
定して制御するためには、案内力と推進力の双方を非干
渉に制御することが望ましく、今後、案内力と推進力の
双方を非干渉に制御するための技術が要望される。
示された方法では、固定子と可動子間に働く案内力と、
可動子を移動させるための推進力の両方を制御するため
の技術までは開示されていない。リニアモータをより安
定して制御するためには、案内力と推進力の双方を非干
渉に制御することが望ましく、今後、案内力と推進力の
双方を非干渉に制御するための技術が要望される。
【０００９】本発明は上記課題を解決すべくなされたも
のであり、その目的とするところは、リニアモータの可
動子の位置や速度を検出するセンサを用いず、可動子の
案内力と推進力とを非干渉に制御可能なリニアモータの
制御装置及びそれを用いたエレベータ装置を提供するこ
とにある。
のであり、その目的とするところは、リニアモータの可
動子の位置や速度を検出するセンサを用いず、可動子の
案内力と推進力とを非干渉に制御可能なリニアモータの
制御装置及びそれを用いたエレベータ装置を提供するこ
とにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】本発明に係るリニアモー
タの制御装置は、可動子と、該可動子を駆動するための
磁界を発生する電機子巻線を有する固定子とからなるリ
ニアモータに対し、可動子を所定方向に走行させる推進
力と、可動子と固定子間の空隙量を一定に保持する案内
力とを制御する制御装置である。そのリニアモータの制
御装置は、固定子からの帰還電流及び固定子の印加電圧
に基いて、可動子の磁束と、固定子の磁束と可動子の磁
束の合成鎖交磁束とを推定する手段と、推定した可動子
の磁束と合成鎖交磁束とから、それらの磁束間の位相差
を求める手段と、推定した可動子の磁束と合成鎖交磁束
とから、可動子の位置及び速度を推定する手段と、推定
した可動子の位置及び速度に基いて推進力の目標値であ
る目標推進力を演算する第１の演算手段と、可動子と固
定子間の空隙量に基いて案内力の目標値である目標案内
力を求める第２の演算手段と、目標推進力と前記目標案
内力とに基き、固定子磁束と可動子磁束とを合成した合
成鎖交磁束の目標値である目標合成鎖交磁束と、可動子
磁束と合成鎖交磁束間の位相差の目標値である目標位相
差とを演算する第３の演算手段と、目標合成鎖交磁束と
目標位相差に基き、推進力及び案内力を独立に制御すべ
く前記電機子巻線の電流を制御するための制御信号を生
成し出力する第４の演算手段と、制御信号に基き、電機
子巻線に供給する電流の電流値及び位相を制御するイン
バータ手段とを備える。
タの制御装置は、可動子と、該可動子を駆動するための
磁界を発生する電機子巻線を有する固定子とからなるリ
ニアモータに対し、可動子を所定方向に走行させる推進
力と、可動子と固定子間の空隙量を一定に保持する案内
力とを制御する制御装置である。そのリニアモータの制
御装置は、固定子からの帰還電流及び固定子の印加電圧
に基いて、可動子の磁束と、固定子の磁束と可動子の磁
束の合成鎖交磁束とを推定する手段と、推定した可動子
の磁束と合成鎖交磁束とから、それらの磁束間の位相差
を求める手段と、推定した可動子の磁束と合成鎖交磁束
とから、可動子の位置及び速度を推定する手段と、推定
した可動子の位置及び速度に基いて推進力の目標値であ
る目標推進力を演算する第１の演算手段と、可動子と固
定子間の空隙量に基いて案内力の目標値である目標案内
力を求める第２の演算手段と、目標推進力と前記目標案
内力とに基き、固定子磁束と可動子磁束とを合成した合
成鎖交磁束の目標値である目標合成鎖交磁束と、可動子
磁束と合成鎖交磁束間の位相差の目標値である目標位相
差とを演算する第３の演算手段と、目標合成鎖交磁束と
目標位相差に基き、推進力及び案内力を独立に制御すべ
く前記電機子巻線の電流を制御するための制御信号を生
成し出力する第４の演算手段と、制御信号に基き、電機
子巻線に供給する電流の電流値及び位相を制御するイン
バータ手段とを備える。
【００１１】好ましくは、第１の演算手段は、推定した
可動子の位置及び速度と、可動子の位置及び速度に対す
る指令値との差分に基いて目標推進力を演算する。
可動子の位置及び速度と、可動子の位置及び速度に対す
る指令値との差分に基いて目標推進力を演算する。
【００１２】好ましくは、第２の演算手段は、可動子と
固定子間の空隙量と、その空隙量の指令値との差分に基
いて目標案内力を求める。
固定子間の空隙量と、その空隙量の指令値との差分に基
いて目標案内力を求める。
【００１３】好ましくは、第４の演算手段は、推定した
合成鎖交磁束量に応じて決定される位相の範囲と、推定
した合成鎖交磁束と目標合成鎖交磁束との差分と、推定
した可動子の磁束と合成鎖交磁束とから求めた位相差と
目標位相差との差分とに基いて制御信号を生成する。
合成鎖交磁束量に応じて決定される位相の範囲と、推定
した合成鎖交磁束と目標合成鎖交磁束との差分と、推定
した可動子の磁束と合成鎖交磁束とから求めた位相差と
目標位相差との差分とに基いて制御信号を生成する。
【００１４】本発明に係るエレベータ装置は、上記のリ
ニアモータの制御装置を備える。好ましくは、エレベー
タ装置において、可動子の位置及び速度を検出するため
の位置センサをエレベータの乗降口近傍にのみ設られて
おり、第１の演算手段は、可動子が所定速度以下の速度
で移動するときは、位置センサにより検出された可動子
の位置及び速度情報を用いて目標推進力を求め、前記可
動子が所定速度より大きい速度で移動するときは、推定
された可動子の位置及び速度情報を用いて目標推進力を
求める。
ニアモータの制御装置を備える。好ましくは、エレベー
タ装置において、可動子の位置及び速度を検出するため
の位置センサをエレベータの乗降口近傍にのみ設られて
おり、第１の演算手段は、可動子が所定速度以下の速度
で移動するときは、位置センサにより検出された可動子
の位置及び速度情報を用いて目標推進力を求め、前記可
動子が所定速度より大きい速度で移動するときは、推定
された可動子の位置及び速度情報を用いて目標推進力を
求める。
【００１５】本発明に係るリニアモータの制御装置は、
可動子と、該可動子を駆動するための磁界を発生する電
機子巻線を有する固定子とからなるリニアモータに対
し、可動子を所定方向に走行させる推進力と、可動子と
固定子間の空隙量を一定に保持する案内力とを制御する
制御方法である。その制御方法は、固定子からの帰還電
流及び固定子の印加電圧に基いて、可動子の磁束と、固
定子の磁束と可動子の磁束の合成鎖交磁束とを推定する
第１のステップと、推定した可動子の磁束と合成鎖交磁
束とからそれらの磁束間の位相差を求める第２のステッ
プと、推定した可動子の磁束と合成鎖交磁束とから、可
動子の位置及び速度を推定する第３のステップと、推定
した可動子の位置及び速度に基いて推進力の目標値であ
る目標推進力を演算する第４のステップと、可動子と固
定子間の空隙量に基いて案内力の目標値である目標案内
力を求める第５のステップと、目標推進力と目標案内力
とに基き、固定子磁束と可動子磁束とを合成した合成鎖
交磁束の目標値である目標合成鎖交磁束と、可動子磁束
と合成鎖交磁束間の位相差の目標値である目標位相差と
を演算する第６のステップと、目標合成鎖交磁束と目標
位相差に基き、推進力及び案内力を独立に制御すべく前
記電機子巻線の電流を制御するための制御信号を生成し
出力する第７のステップと、制御信号に基き、電機子巻
線に供給する電流の電流値及び位相を制御する第８のス
テップとからなる。
可動子と、該可動子を駆動するための磁界を発生する電
機子巻線を有する固定子とからなるリニアモータに対
し、可動子を所定方向に走行させる推進力と、可動子と
固定子間の空隙量を一定に保持する案内力とを制御する
制御方法である。その制御方法は、固定子からの帰還電
流及び固定子の印加電圧に基いて、可動子の磁束と、固
定子の磁束と可動子の磁束の合成鎖交磁束とを推定する
第１のステップと、推定した可動子の磁束と合成鎖交磁
束とからそれらの磁束間の位相差を求める第２のステッ
プと、推定した可動子の磁束と合成鎖交磁束とから、可
動子の位置及び速度を推定する第３のステップと、推定
した可動子の位置及び速度に基いて推進力の目標値であ
る目標推進力を演算する第４のステップと、可動子と固
定子間の空隙量に基いて案内力の目標値である目標案内
力を求める第５のステップと、目標推進力と目標案内力
とに基き、固定子磁束と可動子磁束とを合成した合成鎖
交磁束の目標値である目標合成鎖交磁束と、可動子磁束
と合成鎖交磁束間の位相差の目標値である目標位相差と
を演算する第６のステップと、目標合成鎖交磁束と目標
位相差に基き、推進力及び案内力を独立に制御すべく前
記電機子巻線の電流を制御するための制御信号を生成し
出力する第７のステップと、制御信号に基き、電機子巻
線に供給する電流の電流値及び位相を制御する第８のス
テップとからなる。
【００１６】
【発明の実施の形態】以下、添付の図面を参照し、本発
明に係るリニアモータの制御装置の実施の形態を詳細に
説明する。
明に係るリニアモータの制御装置の実施の形態を詳細に
説明する。
【００１７】（実施の形態１）図１に、本発明に係るロ
ープレスエレベータ装置の構成を示す。エレベータ装置
は人や荷物を搭載するかご１０を備え、かご１０が昇降
路壁２０により形成される昇降路中を、昇降路壁２０に
設けられたガイド機構に沿って昇降する。かご１０はリ
ニア同期モータ１５により駆動される。
ープレスエレベータ装置の構成を示す。エレベータ装置
は人や荷物を搭載するかご１０を備え、かご１０が昇降
路壁２０により形成される昇降路中を、昇降路壁２０に
設けられたガイド機構に沿って昇降する。かご１０はリ
ニア同期モータ１５により駆動される。
【００１８】リニア同期モータ１５は、かご１０に設け
られた永久磁石３と、昇降路壁２０に設けられたＵ、
Ｖ、Ｗ相の電機子巻線２２とからなり、永久磁石３が一
次側の可動子を、電機子巻線２２が二次側の固定子を構
成する。
られた永久磁石３と、昇降路壁２０に設けられたＵ、
Ｖ、Ｗ相の電機子巻線２２とからなり、永久磁石３が一
次側の可動子を、電機子巻線２２が二次側の固定子を構
成する。
【００１９】かご１０にはさらに一次側の永久磁石３と
二次側の電機子巻線２２との間のギャップ量δを測定す
るギャップセンサ５と、かご１０に搭載された人や荷物
の荷重Ｗを検出する荷重センサ９とが設けられている。
二次側の電機子巻線２２との間のギャップ量δを測定す
るギャップセンサ５と、かご１０に搭載された人や荷物
の荷重Ｗを検出する荷重センサ９とが設けられている。
【００２０】エレベータ装置は、固定子の電機子巻線２
２の各相へ供給する電流の電流値及び位相を制御するイ
ンバータ３１を備えている。インバータ３１はスイッチ
ングテーブル５３により制御される。この制御におい
て、リニア同期モータ１５における永久磁石３の磁束の
位相と、電機子巻線２２の磁束と永久磁石３の磁束の合
成鎖交磁束の位相との差、つまり、可動子磁束と合成鎖
交磁束との位相差（以下「一次二次位相差」という。）
を帰還するフィードバック制御が行なわれる。一次二次
位相差は所定の角度（例えば９０°）に保持されるよう
に帰還制御される。このため、エレベータ装置におい
て、電圧検出器３３、電流検出器３５、磁束推定器３
７、案内力推定器３９、位置・速度推定器４１、位相角
演算器４３ａ、４３ｂ、目標推進力演算器４７、目標位
相差及び磁束演算器４９、目標案内力演算器５０及びス
イッチングテーブル５３とによりフィードバックループ
が形成されている。
２の各相へ供給する電流の電流値及び位相を制御するイ
ンバータ３１を備えている。インバータ３１はスイッチ
ングテーブル５３により制御される。この制御におい
て、リニア同期モータ１５における永久磁石３の磁束の
位相と、電機子巻線２２の磁束と永久磁石３の磁束の合
成鎖交磁束の位相との差、つまり、可動子磁束と合成鎖
交磁束との位相差（以下「一次二次位相差」という。）
を帰還するフィードバック制御が行なわれる。一次二次
位相差は所定の角度（例えば９０°）に保持されるよう
に帰還制御される。このため、エレベータ装置におい
て、電圧検出器３３、電流検出器３５、磁束推定器３
７、案内力推定器３９、位置・速度推定器４１、位相角
演算器４３ａ、４３ｂ、目標推進力演算器４７、目標位
相差及び磁束演算器４９、目標案内力演算器５０及びス
イッチングテーブル５３とによりフィードバックループ
が形成されている。
【００２１】以下、本実施形態のエレベータ装置のフィ
ードバック制御について説明する。本実施形態のエレベ
ータ装置は推進力Ｆxと案内力Ｆzとを非干渉に制御す
る。ここで、推進力Ｆxは、リニア同期モータの可動子
（すなわち、永久磁石３及びかご１０）を昇降路壁２０
に沿って垂直方向に移動させるために可動子と固定子間
に作用する力である。案内力Ｆzは、水平方向走行方式
のリニア同期モータの浮上力に相当するものであり、推
進力Ｆxと直交する方向に働く力である。この案内力Ｆz
の制御により、永久磁石３と電機子巻線２２間のギャッ
プ量δが一定に制御される。リニア同期モータにおいて
推進力Ｆxと案内力Ｆzは次式で求められる。
ードバック制御について説明する。本実施形態のエレベ
ータ装置は推進力Ｆxと案内力Ｆzとを非干渉に制御す
る。ここで、推進力Ｆxは、リニア同期モータの可動子
（すなわち、永久磁石３及びかご１０）を昇降路壁２０
に沿って垂直方向に移動させるために可動子と固定子間
に作用する力である。案内力Ｆzは、水平方向走行方式
のリニア同期モータの浮上力に相当するものであり、推
進力Ｆxと直交する方向に働く力である。この案内力Ｆz
の制御により、永久磁石３と電機子巻線２２間のギャッ
プ量δが一定に制御される。リニア同期モータにおいて
推進力Ｆxと案内力Ｆzは次式で求められる。
【数１】 ここで、Ｌは電機子巻線２２の同期インダクタンス、λ
sは電機子巻線２２（固定子）の磁束と永久磁石３（可
動子）の磁束との合成鎖交磁束、λPMは永久磁石３（可
動子）の鎖交磁束、τは磁極ピッチ、γは合成鎖交磁束
λsと鎖交磁束λP Mの位相差（一次二次位相差）であ
る。
sは電機子巻線２２（固定子）の磁束と永久磁石３（可
動子）の磁束との合成鎖交磁束、λPMは永久磁石３（可
動子）の鎖交磁束、τは磁極ピッチ、γは合成鎖交磁束
λsと鎖交磁束λP Mの位相差（一次二次位相差）であ
る。
【００２２】上式（１）、（２）において推進力Ｆxと
案内力Ｆzとはいずれも合成鎖交磁束λsと、一次二次位
相差γの関数であるため、合成鎖交磁束λsと位相差γ
を制御することで、推進力Ｆxと案内力Ｆzを互いに独立
してすなわち非干渉に制御することが可能となる。合成
鎖交磁束λs、鎖交磁束λPM、一次二次位相差γは次式
で求められる。
案内力Ｆzとはいずれも合成鎖交磁束λsと、一次二次位
相差γの関数であるため、合成鎖交磁束λsと位相差γ
を制御することで、推進力Ｆxと案内力Ｆzを互いに独立
してすなわち非干渉に制御することが可能となる。合成
鎖交磁束λs、鎖交磁束λPM、一次二次位相差γは次式
で求められる。
【数２】
【００２３】以上の関係を踏まえて図１を参照しながら
フィードバック制御を説明する。なお、本エレベータ装
置には、使用者の操作に基く停止階の情報等に基いて、
可動子の速度指令、位置指令等の指令情報（ｖ0、ｘ0、
δ0等）が適宜入力されるものとする。図１において、
電圧検出器３３は電機子巻線２２の電圧Ｖを検出し、電
流検出器３５は電機子巻線２２に流れる電流Ｉを検出す
る。磁束推定器３７は、検出された電機子巻線２２の電
圧Ｖと電流Ｉから、電機子巻線２２と永久磁石３とによ
る合成鎖交磁束λsと、永久磁石３による鎖交磁束λPM
とを式（３）、式（４）を用いて推定する。
フィードバック制御を説明する。なお、本エレベータ装
置には、使用者の操作に基く停止階の情報等に基いて、
可動子の速度指令、位置指令等の指令情報（ｖ0、ｘ0、
δ0等）が適宜入力されるものとする。図１において、
電圧検出器３３は電機子巻線２２の電圧Ｖを検出し、電
流検出器３５は電機子巻線２２に流れる電流Ｉを検出す
る。磁束推定器３７は、検出された電機子巻線２２の電
圧Ｖと電流Ｉから、電機子巻線２２と永久磁石３とによ
る合成鎖交磁束λsと、永久磁石３による鎖交磁束λPM
とを式（３）、式（４）を用いて推定する。
【００２４】位置・速度推定器４１は推定された合成鎖
交磁束λsと、永久磁石３による鎖交磁束λPMとによ
り、可動子（永久磁石３）の速度ｖ、位置ｘを次式を用
いて推定する。
交磁束λsと、永久磁石３による鎖交磁束λPMとによ
り、可動子（永久磁石３）の速度ｖ、位置ｘを次式を用
いて推定する。
【数３】 ここで、ｋは磁束回転速度から可動子移動速度へ変換す
るための変換定数である。
るための変換定数である。
【００２５】目標推進力演算器４７は、かご１０の自重
Ｍと、かご１０の荷重Ｗと、可動子の推定された位置ｘ
及び推定された速度ｖと、可動子の指令位置ｘ0及び指
令速度ｖ0とを入力し、これらにより、かご１０に与え
るべき推進力Ｆを次式で求める（なお、図１において上
方向を正の向きとする。）。
Ｍと、かご１０の荷重Ｗと、可動子の推定された位置ｘ
及び推定された速度ｖと、可動子の指令位置ｘ0及び指
令速度ｖ0とを入力し、これらにより、かご１０に与え
るべき推進力Ｆを次式で求める（なお、図１において上
方向を正の向きとする。）。
【数４】 ここで、ｇは重力加速度、Ｋp、Ｋ1、ＫDは適宜求めら
れた定数である。
れた定数である。
【００２６】案内力推定器３９は、かご１０の自重Ｍ、
かご１０の荷重Ｗ、測定された可動子と固定子間のギャ
ップ量δ、推定された電機子巻線２２による磁束と可動
子の磁束との合成鎖交磁束λs^及び永久磁石３による鎖
交磁束λPM^により、かご１０に作用する案内力Ｆzを式
（２）で計算する。
かご１０の荷重Ｗ、測定された可動子と固定子間のギャ
ップ量δ、推定された電機子巻線２２による磁束と可動
子の磁束との合成鎖交磁束λs^及び永久磁石３による鎖
交磁束λPM^により、かご１０に作用する案内力Ｆzを式
（２）で計算する。
【００２７】求められた案内力Ｆzと、目標推進力Ｆ及
びガイド機構による摩擦力に対する摩擦係数μから、か
ご１０に指令すべき、推進力の制御目標値となる目標推
進力Ｆx *は次式で求められる。 Ｆx *＝Ｆ＋μ・Ｆz …（９）
びガイド機構による摩擦力に対する摩擦係数μから、か
ご１０に指令すべき、推進力の制御目標値となる目標推
進力Ｆx *は次式で求められる。 Ｆx *＝Ｆ＋μ・Ｆz …（９）
【００２８】目標案内力演算器５０は、測定されたギャ
ップ量δと指令されたギャップ量δ 0とから、かご１０
に指令すべき、案内力の制御目標値となる案内力Ｆz *を
次式で求める。
ップ量δと指令されたギャップ量δ 0とから、かご１０
に指令すべき、案内力の制御目標値となる案内力Ｆz *を
次式で求める。
【数５】 ここで、Ｋδは定数である。
【００２９】目標位相差及び磁束演算器４９は、式
（９）、（１０）より求められた目標値Ｆx *、Ｆz *に基
き、式（１）、（２）により位相差及び合成鎖交磁束の
目標値である目標位相差γ*と目標合成鎖交磁束λs *を
それぞれ算出する。
（９）、（１０）より求められた目標値Ｆx *、Ｆz *に基
き、式（１）、（２）により位相差及び合成鎖交磁束の
目標値である目標位相差γ*と目標合成鎖交磁束λs *を
それぞれ算出する。
【００３０】位相角演算器４３ａ、４３ｂにおいて、推
定された固定子磁束と可動子磁束の合成鎖交磁束λ
sと、推定された可動子の鎖交磁束λPMの位相がそれぞ
れ求められる。その後、それらの磁束の位相角から式
（５）の関係に基き、すなわち次式によって一次二次位
相差の推定値γ^が求められる。 γ^＝argλs^−argλPM^ …（１１） ここで、位相差γ^は、電機子巻線２２の電流帰還信号
に基いて求められた位相差となる。
定された固定子磁束と可動子磁束の合成鎖交磁束λ
sと、推定された可動子の鎖交磁束λPMの位相がそれぞ
れ求められる。その後、それらの磁束の位相角から式
（５）の関係に基き、すなわち次式によって一次二次位
相差の推定値γ^が求められる。 γ^＝argλs^−argλPM^ …（１１） ここで、位相差γ^は、電機子巻線２２の電流帰還信号
に基いて求められた位相差となる。
【００３１】位相角領域選択器（ゾーンセレクタ）５１
では、式（３）に基いて推定された合成鎖交磁束λs^か
ら位相角領域（ゾーン）を特定し、スイッチングテーブ
ル５３に出力する。このときの位相角領域は全領域（３
６０°）を六分割した６０°毎の領域となり、位相角領
域選択器（ゾーンセレクタ）５１は、合成鎖交磁束λ s^
がどの位相角領域に属するかを判断し、合成鎖交磁束λ
s^が属する位相角領域を領域値N（N＝1,2,…,6）として
出力する。
では、式（３）に基いて推定された合成鎖交磁束λs^か
ら位相角領域（ゾーン）を特定し、スイッチングテーブ
ル５３に出力する。このときの位相角領域は全領域（３
６０°）を六分割した６０°毎の領域となり、位相角領
域選択器（ゾーンセレクタ）５１は、合成鎖交磁束λ s^
がどの位相角領域に属するかを判断し、合成鎖交磁束λ
s^が属する位相角領域を領域値N（N＝1,2,…,6）として
出力する。
【００３２】スイッチングテーブル５３は、目標位相差
及び磁束演算器４９により求められた目標位相差γ*と
式（１１）により求められた位相差γ^との差分Δγ、
目標合成鎖交磁束λs *と式（３）により求められた磁束
λs^との差分Δλs、及び、位相角領域選択器５１によ
り求められた領域値Nにより、インバータ３１の各相に
指令する指令信号を決定し、出力する。インバータ３１
はこの指令信号に基き各相の電機子巻線２２に流れる電
流を制御する。
及び磁束演算器４９により求められた目標位相差γ*と
式（１１）により求められた位相差γ^との差分Δγ、
目標合成鎖交磁束λs *と式（３）により求められた磁束
λs^との差分Δλs、及び、位相角領域選択器５１によ
り求められた領域値Nにより、インバータ３１の各相に
指令する指令信号を決定し、出力する。インバータ３１
はこの指令信号に基き各相の電機子巻線２２に流れる電
流を制御する。
【００３３】以上のように本実施形態のエレベータ装置
は、リニア同期モータの可動子の位置をリニアセンサを
用いて検出することなく、リニア同期モータのフィード
バック制御を可能とし、また、式（１）と式（２）で表
される理論に基づき、推進力Ｆxと案内力Ｆzとを互いに
非干渉に制御することができる。
は、リニア同期モータの可動子の位置をリニアセンサを
用いて検出することなく、リニア同期モータのフィード
バック制御を可能とし、また、式（１）と式（２）で表
される理論に基づき、推進力Ｆxと案内力Ｆzとを互いに
非干渉に制御することができる。
【００３４】このように、リニア同期モータの可動子の
位置をリニアセンサを用いて検出する必要がないため、
構成が簡単になり、製造コストの低減が図れる。また、
推進力Ｆxと案内力Ｆzとの非干渉制御が可能であるた
め、リニア同期モータのより安定なかつ高度な制御が実
現できる。
位置をリニアセンサを用いて検出する必要がないため、
構成が簡単になり、製造コストの低減が図れる。また、
推進力Ｆxと案内力Ｆzとの非干渉制御が可能であるた
め、リニア同期モータのより安定なかつ高度な制御が実
現できる。
【００３５】なお、上記の説明において、ガイド機構の
摩擦係数μは定数としたが、この摩擦係数μの値を推定
するループを設けてもよい。これは、水平方向走行方式
では重力と釣り合う形で浮上させる完全な物理的非干渉
を実現できるのに対し、垂直方向走行方式のエレベータ
では、浮上力に相当する物理量は案内力の形で現出し、
ガイド機構による摩擦力を避けることはできず、したが
って物理的非干渉な状態が実現不可能だからである。
摩擦係数μは定数としたが、この摩擦係数μの値を推定
するループを設けてもよい。これは、水平方向走行方式
では重力と釣り合う形で浮上させる完全な物理的非干渉
を実現できるのに対し、垂直方向走行方式のエレベータ
では、浮上力に相当する物理量は案内力の形で現出し、
ガイド機構による摩擦力を避けることはできず、したが
って物理的非干渉な状態が実現不可能だからである。
【００３６】なお、上記の例では可動子のマグネットと
して永久磁石を使用しているが、そのかわりに超伝導コ
イル等を使用してもよい。
して永久磁石を使用しているが、そのかわりに超伝導コ
イル等を使用してもよい。
【００３７】（実施の形態２）本実施形態では、低速域
でのみ、固定子の位置と速度を検出する位置センサから
の出力信号に基いてフィードバック制御を行なうエレベ
ータ装置の例を説明する。
でのみ、固定子の位置と速度を検出する位置センサから
の出力信号に基いてフィードバック制御を行なうエレベ
ータ装置の例を説明する。
【００３８】より具体的には、本実施形態のエレベータ
装置は、可動子の位置及び速度を検出する位置センサを
設け、エレベータ（可動子）が低速で動作中は、その位
置センサからの検出信号に基いてフィードバック制御を
行ない、エレベータが中高速で動作中は実施の形態１で
示したセンサレス制御方式でフィードバック制御を行な
う。但し、可動子の位置を検出する位置センサは、その
数が多くならないようにするため、昇降路壁２０側のエ
レベータの停止階の乗降口付近のみに設けるようにす
る。
装置は、可動子の位置及び速度を検出する位置センサを
設け、エレベータ（可動子）が低速で動作中は、その位
置センサからの検出信号に基いてフィードバック制御を
行ない、エレベータが中高速で動作中は実施の形態１で
示したセンサレス制御方式でフィードバック制御を行な
う。但し、可動子の位置を検出する位置センサは、その
数が多くならないようにするため、昇降路壁２０側のエ
レベータの停止階の乗降口付近のみに設けるようにす
る。
【００３９】本実施形態のエレベータ装置の構成は図１
に示した構成と基本的に同様であるが、図２に示す部分
が異なる。すなわち、同図に示すように、かご１０の位
置と速度を検出するための位置センサ７を設けている。
位置センサ７は、停止階の乗降口付近の昇降路壁２０側
に取りつけられた投光器７ａと、かご１０側に設けられ
た受光器７ｂとからなる。投光器７ａは昇降路壁２０側
においてエレベータの乗降口付近のみに取り付けるよう
にし、これにより取りつける位置センサの数の増加を抑
えることによる製造コストの増加を抑えている。位置セ
ンサ７は、かご１０が乗降口近傍まで移動し、受光器７
ｂが投光器７ａからの光を受けることができる範囲内に
入り、かつ、かご１０の移動速度が所定速度以下にある
ときのみ、かご１０の位置及び速度を示す検出信号を出
力するものとする。
に示した構成と基本的に同様であるが、図２に示す部分
が異なる。すなわち、同図に示すように、かご１０の位
置と速度を検出するための位置センサ７を設けている。
位置センサ７は、停止階の乗降口付近の昇降路壁２０側
に取りつけられた投光器７ａと、かご１０側に設けられ
た受光器７ｂとからなる。投光器７ａは昇降路壁２０側
においてエレベータの乗降口付近のみに取り付けるよう
にし、これにより取りつける位置センサの数の増加を抑
えることによる製造コストの増加を抑えている。位置セ
ンサ７は、かご１０が乗降口近傍まで移動し、受光器７
ｂが投光器７ａからの光を受けることができる範囲内に
入り、かつ、かご１０の移動速度が所定速度以下にある
ときのみ、かご１０の位置及び速度を示す検出信号を出
力するものとする。
【００４０】さらに、本実施形態のエレベータ装置は、
目標推進力演算器４７への入力である位置及び速度情報
を切り換えるセレクタ４５を設けている。セレクタ４５
は、位置・速度推定器４１からの出力信号または位置セ
ンサ７からの検出信号を切り換えて目標推進力演算器４
７へ出力する。より具体的には、セレクタ４５は、位置
センサ７からの検出信号を受信したときに、位置センサ
７からの位置、速度情報を目標推進力演算器４７に出力
するようにし、位置センサ７からの検出信号を受信しな
いときは、位置・速度推定器４１からの位置、速度情報
を目標推進力演算器４７に出力するように、目標推進力
演算器４７への出力を切り換える。
目標推進力演算器４７への入力である位置及び速度情報
を切り換えるセレクタ４５を設けている。セレクタ４５
は、位置・速度推定器４１からの出力信号または位置セ
ンサ７からの検出信号を切り換えて目標推進力演算器４
７へ出力する。より具体的には、セレクタ４５は、位置
センサ７からの検出信号を受信したときに、位置センサ
７からの位置、速度情報を目標推進力演算器４７に出力
するようにし、位置センサ７からの検出信号を受信しな
いときは、位置・速度推定器４１からの位置、速度情報
を目標推進力演算器４７に出力するように、目標推進力
演算器４７への出力を切り換える。
【００４１】以上のように位置センサ７及びセレクタ４
５を設けることで、所定の低速域ではセンサにより位置
検出を行ない、中高速域ではセンサレス方式でリニアモ
ータを制御することが可能となる。センサレス方式は低
速域での応答性がよくないため、低速域はセンサによる
速度、位置検出を行なうことにより、低速域での制御の
安定性を改善できるとともに、停止制御を行なうことが
可能である。
５を設けることで、所定の低速域ではセンサにより位置
検出を行ない、中高速域ではセンサレス方式でリニアモ
ータを制御することが可能となる。センサレス方式は低
速域での応答性がよくないため、低速域はセンサによる
速度、位置検出を行なうことにより、低速域での制御の
安定性を改善できるとともに、停止制御を行なうことが
可能である。
【００４２】
【発明の効果】本発明のリニアモータの制御装置及び制
御方法によれば、リニアモータの可動子の位置を検出す
るためのセンサを用いずに、リニアモータのフィードバ
ック制御が可能となり、また、リニアモータの推進力と
案内力とを独立して非干渉に制御することが可能とな
る。
御方法によれば、リニアモータの可動子の位置を検出す
るためのセンサを用いずに、リニアモータのフィードバ
ック制御が可能となり、また、リニアモータの推進力と
案内力とを独立して非干渉に制御することが可能とな
る。
【００４３】また、本発明のエレベータ装置によれば、
リニアモータの制御装置を備えることにより、リニアモ
ータの可動子の位置を検出するためのセンサを要しない
ため、エレベータ装置の製造コストを抑制できる。ま
た、リニアモータの推進力と案内力とを独立して非干渉
に制御できるため、より高度なエレベータ装置の駆動制
御が可能となる。
リニアモータの制御装置を備えることにより、リニアモ
ータの可動子の位置を検出するためのセンサを要しない
ため、エレベータ装置の製造コストを抑制できる。ま
た、リニアモータの推進力と案内力とを独立して非干渉
に制御できるため、より高度なエレベータ装置の駆動制
御が可能となる。
【図１】 本発明のリニア同期モータを用いたロープレ
スエレベータ装置の構成を示した図。
スエレベータ装置の構成を示した図。
【図２】 本発明のリニア同期モータを用いたロープレ
スエレベータ装置の別の実施形態の構成を示した図。
スエレベータ装置の別の実施形態の構成を示した図。
【図３】 従来のリニア同期モータを用いたロープレス
エレベータ装置の構成を示した図。
エレベータ装置の構成を示した図。
３ 永久磁石（可動子） ５ ギャップセンサ ７ 位置センサ ９ 荷重センサ １０ かご １５ リニア同期モータ ２０ 昇降路壁 ２２ ３相電機子巻線（固定子） ３１ インバータ ３３ 電流検出器 ３５ 電圧検出器 ３７ 磁束推定器 ３９ 案内力推定器 ４１ 位置・速度推定器 ４３ａ、４３ｂ 位相角演算器 ４５ セレクタ ４７ 目標推進力演算器 ４９ 目標位相差及び磁束演算器 ５０ 目標案内力演算器 ５１ 位相角領域選択器 ５３ スイッチングテーブル
フロントページの続き (72)発明者 伊藤 智哉 大阪府茨木市庄１丁目28番10番 フジテッ ク株式会社内 Ｆターム(参考） 3F002 CA10 EA00 EA08 3F301 BA16 BD01 5H540 AA04 BA03 BB09 EE04 EE08 EE13 FA06 FA16 FA22 FB05 FC05 5H575 AA03 BB06 DD03 DD06 GG01 GG02 JJ11 LL22 LL24 LL29 LL30 LL32 MM18
Claims (10)
- 【請求項１】 可動子と、該可動子を駆動するための磁
界を発生する電機子巻線を有する固定子とからなるリニ
アモータに対し、可動子を所定方向に走行させる推進力
と、可動子と固定子間の空隙量を一定に保持する案内力
とを制御する制御装置であって、 固定子からの帰還電流及び固定子の印加電圧に基いて、
可動子の磁束と、固定子の磁束と可動子の磁束の合成鎖
交磁束とを推定する手段と、 前記推定した可動子の磁束と合成鎖交磁束とから、それ
らの磁束間の位相差を求める手段と、 前記推定した可動子の磁束と合成鎖交磁束とから、可動
子の位置及び速度を推定する手段と、 前記推定した可動子の位置及び速度に基いて推進力の目
標値である目標推進力を演算する第１の演算手段と、 可動子と固定子間の空隙量に基いて案内力の目標値であ
る目標案内力を求める第２の演算手段と、 前記目標推進力と前記目標案内力とに基き、固定子磁束
と可動子磁束とを合成した合成鎖交磁束の目標値である
目標合成鎖交磁束と、可動子磁束と合成鎖交磁束間の位
相差の目標値である目標位相差とを演算する第３の演算
手段と、 前記目標合成鎖交磁束と目標位相差に基き、推進力及び
案内力を独立に制御すべく前記電機子巻線の電流を制御
するための制御信号を生成し出力する第４の演算手段
と、 該制御信号に基き、前記電機子巻線に供給する電流の電
流値及び位相を制御するインバータ手段とを備えたこと
を特徴とするリニアモータの制御装置。 - 【請求項２】 前記第１の演算手段は、前記推定した可
動子の位置及び速度と、可動子の位置及び速度に対する
指令値との差分に基いて前記目標推進力を演算すること
を特徴とする請求項１記載のリニアモータの制御装置。 - 【請求項３】 前記第２の演算手段は、可動子と固定子
間の空隙量と、その空隙量の指令値との差分に基いて前
記目標案内力を求めることを特徴とする請求項１記載の
リニアモータの制御装置。 - 【請求項４】 前記第４の演算手段は、前記推定した合
成鎖交磁束量に応じて決定される位相の範囲と、前記推
定した合成鎖交磁束と前記目標合成鎖交磁束との差分
と、前記推定した可動子の磁束と合成鎖交磁束とから求
めた位相差と前記目標位相差との差分とに基いて制御信
号を生成することを特徴とする請求項１記載のリニアモ
ータの制御装置。 - 【請求項５】 請求項１ないし請求項４のいずれか一に
記載のリニアモータの制御装置を備えたエレベータ装
置。 - 【請求項６】 前記可動子の位置及び速度を検出するた
めの位置センサをエレベータの乗降口近傍にのみ設けて
おり、 前記第１の演算手段は、可動子が所定速度以下の速度で
移動するときは、前記位置センサにより検出された可動
子の位置及び速度情報を用いて前記目標推進力を求め、
前記可動子が所定速度より大きい速度で移動するとき
は、前記推定された可動子の位置及び速度情報を用いて
前記目標推進力を求めることを特徴とする請求項５記載
のエレベータ装置。 - 【請求項７】 可動子と、該可動子を駆動するための磁
界を発生する電機子巻線を有する固定子とからなるリニ
アモータに対し、可動子を所定方向に走行させる推進力
と、可動子と固定子間の空隙量を一定に保持する案内力
とを制御する制御方法であって、 固定子からの帰還電流及び固定子の印加電圧に基いて、
可動子の磁束と、固定子の磁束と可動子の磁束の合成鎖
交磁束とを推定する第１のステップと、 前記推定した可動子の磁束と合成鎖交磁束とからそれら
の磁束間の位相差を求める第２のステップと、 前記推定した可動子の磁束と合成鎖交磁束とから、可動
子の位置及び速度を推定する第３のステップと、 前記推定した可動子の位置及び速度に基いて推進力の目
標値である目標推進力を演算する第４のステップと、 可動子と固定子間の空隙量に基いて案内力の目標値であ
る目標案内力を求める第５のステップと、 前記目標推進力と前記目標案内力とに基き、固定子磁束
と可動子磁束とを合成した合成鎖交磁束の目標値である
目標合成鎖交磁束と、可動子磁束と合成鎖交磁束間の位
相差の目標値である目標位相差とを演算する第６のステ
ップと、 前記目標合成鎖交磁束と目標位相差に基き、推進力及び
案内力を独立に制御すべく前記電機子巻線の電流を制御
するための制御信号を生成し出力する第７のステップ
と、 該制御信号に基き、前記電機子巻線に供給する電流の電
流値及び位相を制御する第８のステップとからなること
を特徴とするリニアモータの制御方法。 - 【請求項８】 前記第４のステップは、前記推定した可
動子の位置及び速度と、可動子の位置及び速度に対する
指令値との差分に基いて前記目標推進力を演算すること
を特徴とする請求項７記載のリニアモータの制御方法。 - 【請求項９】 前記第５のステップは、可動子と固定子
間の空隙量と、その空隙量の指令値との差分に基いて前
記目標案内力を求めることを特徴とする請求項７記載の
リニアモータの制御方法。 - 【請求項１０】 前記第７のステップは、前記推定した
合成鎖交磁束量に応じて決定される位相の範囲と、前記
推定した合成鎖交磁束と前記目標合成鎖交磁束との差分
と、推定した可動子の磁束と合成鎖交磁束とから求めた
前記位相差と前記目標位相差との差分とに基いて制御信
号を生成することを特徴とする請求項７記載のリニアモ
ータの制御方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000286969A JP4514930B2 (ja) | 2000-09-21 | 2000-09-21 | リニアモータの制御装置及び制御方法並びにエレベータ装置 |
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| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000286969A JP4514930B2 (ja) | 2000-09-21 | 2000-09-21 | リニアモータの制御装置及び制御方法並びにエレベータ装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2002101682A true JP2002101682A (ja) | 2002-04-05 |
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ID=18770798
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| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2000286969A Expired - Fee Related JP4514930B2 (ja) | 2000-09-21 | 2000-09-21 | リニアモータの制御装置及び制御方法並びにエレベータ装置 |
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|---|---|
| JP (1) | JP4514930B2 (ja) |
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN100452639C (zh) * | 2006-11-28 | 2009-01-14 | 株洲南车时代电气股份有限公司 | 直线感应电机的控制方法 |
| WO2015084365A1 (en) * | 2013-12-05 | 2015-06-11 | Otis Elevator Company | Motor drive for linear machines with distributed windings |
| WO2016206757A1 (en) * | 2015-06-26 | 2016-12-29 | Kone Corporation | Elevator with linear motor |
| WO2019101544A1 (de) * | 2017-11-21 | 2019-05-31 | Thyssenkrupp Elevator Ag | Aufzugsanlage mit einer an einem fahrkorb der aufzugsanlage angeordneten signalerzeugungseinheit |
| CN112830353A (zh) * | 2019-11-22 | 2021-05-25 | 通力股份公司 | 操作电梯的方法和电梯 |
| CN117498748B (zh) * | 2023-11-06 | 2024-05-14 | 南京迅传智能工业技术有限公司 | 一种独立绕组永磁同步直线电机的矢量控制方法 |
Citations (3)
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